Страница 115 - гдз по химии 10 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

1. К полимерам относится

1) тетрафторэтилен

2) ацетатный шёлк

3) жир

4) воск

Чтобы ответить на вопрос, необходимо проанализировать каждое из предложенных веществ на предмет соответствия определению полимера. Полимеры — это высокомолекулярные соединения, макромолекулы которых состоят из большого числа многократно повторяющихся структурных звеньев (мономеров), соединенных между собой химическими связями.

1) тетрафторэтилен
Тетрафторэтилен ($CF_2=CF_2$) — это низкомолекулярное органическое соединение, которое является мономером. В результате реакции полимеризации из множества молекул тетрафторэтилена образуется полимер политетрафторэтилен (тефлон, фторопласт-4). Сам тетрафторэтилен не является полимером.

2) ацетатный шёлк
Ацетатный шёлк (ацетатное волокно) — это искусственное волокно, которое получают в результате химической модификации (ацетилирования) природного полимера — целлюлозы. Целлюлоза является полисахаридом, макромолекула которого состоит из повторяющихся звеньев D-глюкозы. При обработке целлюлозы уксусным ангидридом получают ацетилцеллюлозу, которая также является полимером, так как сохраняет исходную полимерную цепь. Таким образом, ацетатный шёлк относится к полимерам.

3) жир
Жиры (триглицериды) — это сложные эфиры, образованные трехатомным спиртом глицерином и тремя остатками высших карбоновых (жирных) кислот. Несмотря на то, что молекулярная масса жиров может быть значительной, их молекулы не состоят из повторяющихся мономерных звеньев. Поэтому жиры не являются полимерами, а относятся к классу липидов.

4) воск
Воски представляют собой сложные эфиры, образованные высшими одноатомными спиртами и высшими жирными кислотами. Аналогично жирам, молекулы восков не имеют регулярной повторяющейся структуры, характерной для полимеров, и, следовательно, к полимерам не относятся.

Следовательно, из всех предложенных вариантов полимером является только ацетатный шёлк.

Ответ: 2) ацетатный шёлк

2. К природным полимерам относится

1) вискоза

2) тефлон

3) хлопок

4) лавсан

Решение

Полимеры по своему происхождению классифицируются на природные, искусственные и синтетические. Природные полимеры образуются в живых организмах. Искусственные получают путем химической обработки природных полимеров. Синтетические полимеры создают в лабораториях и на производствах из низкомолекулярных веществ (мономеров).

Рассмотрим каждый из предложенных вариантов:

1) вискоза — это искусственное волокно. Его производят из природного полимера — целлюлозы (обычно древесной), — подвергая её сложной химической переработке. Таким образом, вискоза не является природным полимером в чистом виде, а относится к искусственным.

2) тефлон — это торговое название политетрафторэтилена. Данное вещество является синтетическим полимером, полученным человеком путем реакции полимеризации. В природе тефлон не встречается.

3) хлопок — это натуральное волокно растительного происхождения. Оно на 95-96% состоит из целлюлозы, которая является природным высокомолекулярным соединением (полимером). Хлопок добывают из хлопчатника и используют после механической очистки и обработки, не изменяя его химическую природу. Следовательно, хлопок — это природный полимер.

4) лавсан — это синтетическое полиэфирное волокно, известное также как дакрон или терилен. Его получают путем химического синтеза (реакцией поликонденсации). Лавсан не существует в природе.

Исходя из анализа, единственным природным полимером в списке является хлопок.

Ответ: 3.

3. Укажите мономеры синтетических каучуков.

1) алкены

2) алкины

3) алканы

4) алкадиены

Решение

Синтетические каучуки — это эластомеры (полимеры с высокой эластичностью), получаемые путем полимеризации. Ключевое свойство каучуков — способность к вулканизации (образованию поперечных сшивок между длинными полимерными молекулами), что придает им прочность и упругость. Процесс вулканизации, как правило, протекает по месту двойных связей в полимерной цепи. Следовательно, мономеры, используемые для синтеза каучуков, должны при полимеризации образовывать макромолекулы, содержащие ненасыщенные (двойные) связи.

Рассмотрим варианты ответов:

1) Алкены (например, этен $CH_2=CH_2$) имеют одну двойную связь. При их полимеризации эта связь разрывается, образуя насыщенную полимерную цепь (например, полиэтилен $(-CH_2-CH_2-)_n$), в которой нет двойных связей для вулканизации. Такие полимеры являются пластмассами.

2) Алкины содержат тройную связь. Их полимеризация технически сложна и обычно не используется для получения каучуков.

3) Алканы являются насыщенными углеводородами, они не содержат кратных связей и не могут вступать в реакцию полимеризации присоединения.

4) Алкадиены — это углеводороды с двумя двойными связями. Сопряженные диены, такие как бутадиен-1,3 ($CH_2=CH-CH=CH_2$) или изопрен ($CH_2=C(CH_3)-CH=CH_2$), полимеризуются по механизму 1,4-присоединения. В результате в каждом звене полимерной цепи сохраняется одна двойная связь.
Схема полимеризации бутадиена-1,3:
$n \, CH_2=CH-CH=CH_2 \rightarrow (-CH_2-CH=CH-CH_2-)_n$
Наличие этих двойных связей в полибутадиене позволяет проводить вулканизацию и получать эластичный материал — резину. Поэтому именно алкадиены (и их производные) служат основными мономерами для производства большинства синтетических каучуков (бутадиенового, изопренового, хлоропренового и др.).

Ответ: 4) алкадиены

4. Укажите структурное звено полипропилена.

1) $-\text{CH}_2-\text{CH}_2-\text{CH}_2-$

2) $-\underset{\text{CH}_3}{\text{C}}=\text{CH}-$

3) $-\text{CH}_2-\text{CH}_2-$

4) $-\text{CH}_2-\underset{\text{CH}_3}{\text{CH}}-$

Полипропилен — это полимер, который образуется в результате реакции полимеризации мономера пропилена (пропена). Структурная формула пропена: $CH_2=CH-CH_3$.

В процессе полимеризации происходит разрыв двойной связи в молекуле пропена, и молекулы соединяются друг с другом, образуя длинную полимерную цепь. Реакцию можно представить следующей схемой:

$n(CH_2=CH(CH_3)) \xrightarrow{kat, t, p} [-CH_2-CH(CH_3)-]_n$

Повторяющаяся в цепи полимера группа атомов называется структурным звеном. Из схемы реакции видно, что для полипропилена структурное звено имеет вид $—CH_2—CH(CH_3)—$.

Рассмотрим предложенные варианты:

1) $—CH_2—CH_2—CH_2—$: это фрагмент углеводородной цепи, а не структурное звено полипропилена.

2) $—C(CH_3)=CH—$: эта структура содержит двойную связь, которая разрывается в ходе полимеризации.

3) $—CH_2—CH_2—$: это структурное звено полиэтилена, мономером которого является этилен ($CH_2=CH_2$).

4) $—CH_2—CH(CH_3)—$: эта структура в точности соответствует структурному звену полипропилена.

Таким образом, правильный ответ — 4.

Ответ: 4

5. Укажите формулу мономера полихлорвинила.

1) $\text{CH}_3\text{--}\text{CH}_2\text{--}\text{Cl}$

2) $\text{CH}_2=\text{CH}_2$

3) $\text{CH}_2=\text{CH}\text{--}\text{Cl}$

4) $\text{Cl}\text{--}\text{CH}_2\text{--}\text{CH}_2\text{--}\text{Cl}$

Решение

Полимеры — это высокомолекулярные соединения, макромолекулы которых состоят из большого числа повторяющихся звеньев, называемых мономерами. Название полимера часто образуется путем добавления приставки «поли-» к названию мономера.

В данном случае полимер называется полихлорвинил. Это означает, что он получен в результате реакции полимеризации мономера хлорвинила (также известного как винилхлорид или хлорэтен).

Для того чтобы молекула могла вступать в реакцию полимеризации присоединения (наиболее распространенный способ получения таких полимеров), она должна содержать кратную (двойную или тройную) связь. Реакция полимеризации винилхлорида выглядит следующим образом:

$n(CH_2=CH-Cl) \rightarrow [-CH_2-CHCl-]_n$

где $n$ — степень полимеризации.

Таким образом, мономером полихлорвинила является винилхлорид, формула которого $CH_2=CH-Cl$.

Рассмотрим предложенные варианты:

1. $CH_3-CH_2-Cl$ — хлорэтан. Это насыщенное соединение, оно не может быть мономером в реакции полимеризации.
2. $CH_2=CH_2$ — этен (этилен). Это мономер для получения полиэтилена.
3. $CH_2=CH-Cl$ — хлорэтен (винилхлорид). Это правильный мономер для получения полихлорвинила.
4. $Cl-CH_2-CH_2-Cl$ — 1,2-дихлорэтан. Это насыщенное соединение.

Следовательно, верная формула мономера полихлорвинила указана под номером 3.

Ответ: 3

6. Реакцией полимеризации получают

1) капрон

2) бутадиеновый каучук

3) фенолформальдегидную смолу

4) стеариновую кислоту

Для решения этой задачи необходимо проанализировать способы получения каждого из предложенных веществ. Реакция полимеризации — это процесс образования высокомолекулярного соединения (полимера) путем многократного присоединения молекул низкомолекулярного вещества (мономера) к растущей цепи. Этот процесс, как правило, протекает без выделения побочных продуктов. Его следует отличать от реакции поликонденсации, где образование полимера сопровождается выделением низкомолекулярных веществ (например, воды).

1) капрон

Капрон — это полиамид. Его получают из мономера ε-капролактама. Этот процесс является полимеризацией с раскрытием цикла. Однако его также можно классифицировать как реакцию поликонденсации, поскольку она эквивалентна поликонденсации ε-аминокапроновой кислоты, при которой отщепляются молекулы воды. В рамках школьного курса и типовых заданий этот процесс чаще относят к поликонденсации, противопоставляя его полимеризации по двойной связи.

2) бутадиеновый каучук

Бутадиеновый каучук получают путем полимеризации бутадиена-1,3. В этом процессе молекулы мономера (бутадиена) соединяются друг с другом за счет разрыва кратных связей, образуя длинную макромолекулу. Никаких побочных продуктов при этом не выделяется. Это классический пример реакции полимеризации. Уравнение реакции: $n \cdot CH_2=CH-CH=CH_2 \xrightarrow{катализатор} (-CH_2-CH=CH-CH_2-)_{n}$

3) фенолформальдегидную смолу

Фенолформальдегидную смолу получают в результате реакции поликонденсации фенола с формальдегидом. В ходе этой реакции при образовании связей между мономерными звеньями выделяются молекулы воды, что является характерным признаком реакции поликонденсации.

4) стеариновую кислоту

Стеариновая кислота ($C_{17}H_{35}COOH$) — это индивидуальное органическое соединение, высшая карбоновая кислота, а не полимер. Ее получают, например, гидролизом жиров. Реакцией полимеризации ее не получают.

Таким образом, веществом, получаемым реакцией полимеризации, является бутадиеновый каучук.

Ответ: 2

7. Верны ли утверждения?

А. В реакции поликонденсации участвуют мономеры, имеющие функциональные группы.

Б. Пластмассы — это материалы на основе полимеров с различными добавками.

1) верно только А

2) верно только Б

3) оба утверждения верны

4) оба утверждения неверны

Решение

Проанализируем каждое утверждение.

А. В реакции поликонденсации участвуют мономеры, имеющие функциональные группы.

Поликонденсация — это процесс синтеза полимеров из мономеров, который сопровождается выделением побочных низкомолекулярных продуктов (например, воды, аммиака и др.). Эта реакция возможна только в том случае, если молекулы мономеров содержат реакционноспособные (функциональные) группы, способные взаимодействовать друг с другом. Например, для синтеза полиэфира (лавсана) необходимы мономеры с карбоксильными ($-COOH$) и гидроксильными ($-OH$) группами. Для синтеза полиамида (нейлона) — мономеры с аминогруппами ($-NH_2$) и карбоксильными группами ($-COOH$). Таким образом, наличие функциональных групп у мономеров — это ключевое условие для протекания реакции поликонденсации. Следовательно, утверждение А является верным.

Б. Пластмассы — это материалы на основе полимеров с различными добавками.

Пластмассы (или пластические массы) — это материалы, основным компонентом которых является полимер. Однако для улучшения свойств и придания материалу необходимых эксплуатационных характеристик (таких как гибкость, прочность, термостойкость, цвет) в состав полимера вводят различные добавки: пластификаторы, наполнители, стабилизаторы, красители, антипирены и т.д. Например, поливинилхлорид (ПВХ) сам по себе является жестким и хрупким, но с добавлением пластификаторов из него изготавливают эластичные изделия, такие как изоляция для проводов или искусственная кожа. Поэтому определение пластмасс как материалов на основе полимеров с добавками является корректным. Следовательно, утверждение Б также является верным.

Поскольку оба утверждения верны, правильный вариант ответа — 3.

Ответ: 3

8. Укажите степень полимеризации полиэтилена со средней относительной молекулярной массой 55 000.

а) 2800

б) 2000

в) 3800

г) 800

Для решения данной задачи необходимо найти степень полимеризации полиэтилена. Степень полимеризации — это величина, показывающая число мономерных звеньев в составе макромолекулы полимера.

Дано:

Средняя относительная молекулярная масса полиэтилена $M_r(\text{полиэтилена}) = 55000$.

Найти:

Степень полимеризации $n$.

Решение:

Полиэтилен — это продукт реакции полимеризации этилена (этена). Общая формула полиэтилена: $(-CH_2-CH_2-)_n$, где $n$ — степень полимеризации.

Мономером для полиэтилена является этилен, химическая формула которого $C_2H_4$.

Степень полимеризации ($n$) можно рассчитать по формуле:

$n = \frac{M_r(\text{полимера})}{M_r(\text{мономерного звена})}$

1. Сначала вычислим относительную молекулярную массу мономерного звена $(-CH_2-CH_2-)$, которая равна относительной молекулярной массе этилена ($C_2H_4$). Для этого используем относительные атомные массы углерода ($A_r(C) = 12$) и водорода ($A_r(H) = 1$).

$M_r(C_2H_4) = 2 \cdot A_r(C) + 4 \cdot A_r(H) = 2 \cdot 12 + 4 \cdot 1 = 24 + 4 = 28$

2. Теперь, зная среднюю относительную молекулярную массу полиэтилена и относительную молекулярную массу мономерного звена, найдем степень полимеризации:

$n = \frac{55000}{28} \approx 1964,29$

3. Сравним полученное значение с предложенными вариантами ответа:

а) 2800

б) 2000

в) 3800

г) 800

Рассчитанное значение $1964,29$ наиболее близко к варианту ответа б) 2000. Небольшое расхождение может быть связано с усреднением исходных данных в условии задачи.

Ответ: б) 2000